Высокий уровень урбанизации, рост городов и ряд других факторов обусловливают высокую степень освоения подземного пространства в городах. Это позволяет в значительной мере высвободить дефицитные территории, а также улучшить состояние городской среды. В этой связи необходимо рассмотреть опыт использования данного вида ресурсов и возможности его применения при создании гражданских объектов.
Подземное пространство часто рассматривается как естественные или искусственно созданные полости в недрах земли, используемые для хозяйственных или иных целей.
Автор предлагает определять его как вид ресурсов недр, используемый в качестве среды для проживания, размещения объектов или протекания процессов, тогда его источниками являются естественные или искусственно созданные полости в недрах земли, а также участки недр, в которых могут быть созданы полости. Недра представляют собой часть земной коры, расположенную ниже почвенного слоя, а при его отсутствии — ниже земной поверхности и дна водоемов и водотоков, простирающуюся до глубин, которые доступны для геологического изучения и освоения.
В своем естественном состоянии подземное пространство может быть занято твердым, жидким или газообразным веществом. Участки недр, не заполненные твердым веществом, но окруженные им, называют подземными полостями. Они подразделяются на естественные и искусственные (антропогенные).
Естественные полости включают в себя крупные полости (пещеры), мелкие полости и трещины в массиве горных пород.
Основными характеристиками источников подземного пространства являются глубина от поверхности земли, объем и форма, свойства окружающего массива, территориальное расположение, устойчивость, (способность сохранять свою форму во времени), возможность доступа с поверхности земли и др. К свойствам окружающего массива горных пород можно отнести такие показатели, как напряженное состояние массива горных пород, их твердость, связность, пластичность, влагоем-кость и водопроницаемость, плотность, пористость, электромагнитные свойства (удельное электрическое сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость), абразивность, тепловые свойства (коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, коэффициент линейного теплового расширения), коэффициент разрыхления (после взрыва), гранулометрический состав (в разрушенном состоянии) и т.п.
Обычно выделяют следующие предпосылки освоения подземного пространства: социальные, горно-технические, геологические, экономические ( экономия энергетических затрат) и оборонные.
Социальные предпосылки освоения подземного пространства заключаются в росте народонаселения и происходящих демографических изменениях, неизбежных техногенных изменениях окружающей среды, необходимости сохранения земельных фондов и улучшения рекреационных возможностей людей и санитарно-гигиенических условий их труда. Увеличение количества создаваемых площадей в подземном пространстве позволяет снизить выбытие из пользования сельскохозяйственных угодий.
Считается, что использование подземного пространства целесообразно в районах с высокой плотностью населения, плодородными почвами, развитой горно-добывающей промышленностью, благоприятными инженерно-геологическими условиями для подземного строительства. Выгодно строить подземные склады на Севере. Переносить под землю предприятия с высокими уровнями пожароопасности и шумообразования также полезно для окружающей среды.
Горно-технические предпосылки заключаются в том, что в идеальном случае для использования подземного пространства горные породы должны быть прочными, монолитными, устойчивыми и одновременно легко разрабатываемыми, стойкими к окислительным процессам, необводненными и не выделяющими ядовитые газы, инертными по отношению к хранимым в них материалам, непористыми, не содержать агрессивных растворов. Однако современные технологии в большинстве случаев позволяют ликвидировать действия всех перечисленных факторов.
Геологические предпосылки освоения подземного пространства заключаются в необходимости достаточно подробного изучения верхних слоев земной коры, которое бы позволило объективно принимать решения о выборе места размещения подземного объекта и технологий его создания.
Экономия энергетических затрат как предпосылка освоения подземного пространства объясняется тем, что подземное пространство позволяет снизить сезонные колебания энергопотребления, т.к. горные породы служат аккумулятором солнечной энергии, обладают низкой теплопроводностью и способны удерживать тепло. В связи с этим подземные полости могут использоваться как те-плоаккумуляторы. В северных странах энергетический вопрос оказывает большое влияние на выбор подземного размещения зданий, и все большее применение находит подземное жилье.
Оборонные факторы как предпосылка использования подземного пространства имеют в своей основе необходимость защиты людей, материальных ценностей, производства от военных действий, в том числе и ядерного взрыва.
Французские ученые P. Duffaut и G. Marin считают, что естественный спрос на ресурсы пространства недр вызван следующими причинами: сохранение скоропортящихся продуктов (погреба и подвалы); добыча полезных ископаемых; религиозные цели (например, для ритуального погребения); защита населения от нападения; поиск относительного комфорта в экстремальных температурных условиях.
Считается также, что подземные сооружения при незначительных дополнениях имеют высокую сейсмостойкость, стабильные температуру и влажность, чистоту помещений, т.е. те параметры, для обеспечения которых на поверхности необходимо дополнительно 25— 40 % объема строительно-монтажных работ.
В Швеции при подземном строительстве примерно 1—2 % затрат идет на обоснование геологических возможностей подземного строительства, а на обеспечение длительной устойчивости—-4—70 % затрат.
Надежность и долговременность подземных сооружений значительно выше, чем поверхностных. Срок службы многоэтажных зданий — 100 лет, жилых домов особой капитальности — 125 лет, фруктохранилищ — 28 лет. Период эксплуатации подземных сооружений гораздо выше. Например, для тоннелей эти нормы составляют 500 лет. Известно также немало случаев, когда подземные сооружения сохранялись в течение тысячелетий. Затраты на ремонт подземных сооружений ниже, чем наземных, т.к. они не подвержены климатическим факторам. Для естественного разрушения горных пород требуются десятки и сотни тысяч лет.
Автор считает, что основным полезным свойством подземного пространства является их способность вмещать в себя какие-либо объекты или процессы. Однако в отличие от остальных пространственных ресурсов подземное пространство обладает некоторыми другими полезными характеристиками: имеет относительно стабильные климатические характеристики (температурно-влажностный режим); изолировано от разного рода поверхностных воздействий, таких как шум, вибрация, радиоактивность и т.д.; относительно герметично, а также способно удерживать тепловую и другие виды энергии. Кроме того, влияние любого объекта, расположенного под землей, на окружающую среду значительно ниже и в лучшей степени может контролироваться; подземные здания часто не требуют существенных затрат на внешнюю отделку, служат значительно дольше и требуют более низких эксплуатационных затрат, чем поверхностные; подземное пространство в ряде случаев легче осваивать, чем поверхностное, так как оно не зависит от топографии и дробления на частные участки.
Авторы относят к преимуществам заглубленных гражданских зданий следующие: эстетические (взаимосвязи с окружающим ландшафтом); более рациональное использование земли; снижение уровня шума и вибрации; уменьшение эксплуатационных расходов (на ремонт здания, гидро- и теплоизоляцию и др.); пожарная безопасность (распространение огня ограничено); сейсмостойкость; защита от ядерного взрыва и радиоактивных осадков; защита от штормов и торнадо; сохранение энергии.
Однако, наряду с преимуществами использования подземного пространства, существуют и некоторые сложности, обусловленные свойствами данного ресурса. Так, например, опыт подземного строительства в г. Канзас-Сити (США) показывает, что существует три проблемы использования подземного пространства: техническая, Юридическая и психологическая.
Психологическая проблема заключается в субъективном мнении людей о том, что условия пребывания в подземном пространстве должны быть хуже, чем на поверхности. Техническая проблема включает в себя сложности с дренажом воды, канализацией, водостоком и вентиляцией. Юридическая проблема наиболее свойственна США и другим странам, где исторически собственность на землю включает в себя собственность на подземное пространство.
К основным недостаткам подземного пространства по сравнению с поверхностным относят высокую естественную влажность, отсутствие дневного света, невозможность свободного доступа с поверхности земли, т.к. спуск и подъем осуществляется через определенные выработки (в некоторых случаях это является достоинством), наличие горного давления и возможность сдвижения горных пород вследствие создания или использования подземных пустот, более высокие капитальные затраты при строительстве здания под землей, чем на поверхности.
Подземные полости используются людьми издревле. Существуют данные о том, что еще в прошлом веке во Франции и России строили подземные винохранилища. Первые подземные гидроэлектростанции были сооружены в Германии (1907 г.) и Швеции (1910 г.). Во время первой мировой войны в Германии была сделана попытка размещения складов под землей. В 1917 г. в Германии был построен подземный завод по производству точных приборов.
Во время второй мировой войны в Германии были размещены в подземном пространстве заводы, электростанции, склады продовольствия, оборудования, горючего, химические производства, хранилища культурных ценностей. К концу 50-х годов подземные промышленные предприятия имелись уже в 50 странах мира. В начале 70-х только в странах НАТО насчитывалось почти 450 подземных объектов. В 80-е годы их количество выросло по сравнению с 60-ми в 3. раза. Площадь некоторых подземных заводов достигла 800 тысяч м2 и более, а объем — более одного миллиона м3.
Наиболее широкая классификация направлений использования подземного пространства по назначению предлагается в работе. Подземные сооружения создаются в следующих отраслях и сферах деятельности: горном деле, городском строительстве, энергетике и нефтегазовой отрасли, аграрном секторе, транспорте, науке, медицине и др. Таким образом, количество наиболее распространенных направлений использования ресурса составляет более 30.
По целесообразности размещения под землей объекты можно разделить на следующие группы: традиционно подземные сооружения; сооружения, для которых размещение под землей имеет ряд технологических преимуществ, и сооружения, размещаемые под землей в целях экономии территории земной поверхности и улучшения состояния окружающей среды.
Подземные сооружения, не связанные с добычей полезных ископаемых, строятся на глубине 15—300 м. Однако отдельные хранилища углеводородов располагаются на глубине 1 км и более.
Строительство городских подземных сооружений в настоящее время развивается весьма быстро. Необходимость создания и все более активного использования подземного пространства в современных городах обусловлена следующими факторами: – стремлением к разуплотнению исторически сложившейся застройки и оздоровлению старых частей городов; – все более ощутимым недостатком свободных городских земель, пригодных для новой застройки, а также угрозой ликвидации лучших сельскохозяйственных районов, прилегающих к городам, с частичным, а в некоторых случаях и с полным уничтожением естественного природного окружения; – необходимостью радикального упорядочения городского движения с возможно более полным разделением пересекающихся транспортных потоков, а также потоков пешеходов и транспорта, с созданием систем непрерывного и скоростного, в том числе внеуличного рельсового сообщения, и с компактным решением пересадочных узлов; – дальнейшим развитием систем культурно-бытового и коммунального обслуживания с размещением соответствующих объектов в наиболее нужных местах (в том числе и у пунктов массовых скоплений населения) с одновременным повышением рентабельности этих учреждении; – сохранением архитектурных памятников и ансамблей, представляющих культурно-историческую ценность, и капитальной опорной городской застройки; – развитием разнообразных средств общественного, специального и индивидуального транспорта, для хранения и технического обслуживания которого требуются большие территории; – развитием средств инженерного оборудования города, коммунального и складского хозяйств. Автор [8] описывает следующие причины развития подземного строительства в городах: недостаток земель и невозможность занятия новых (в силу экологических последствий расширения городов); более рациональное использование городских территорий; транспортные задачи и безопасность; расширение сети услуг; сохранение архитектуры; развитие инженерного оборудования города (коммуникаций и т.д.); гражданская оборона.
Среди преимуществ строительства городских подземных объектов отмечается, что оно позволяет экономно использовать наземную территорию, содействует упорядочиванию транспортного обслуживания населения и повышению безопасности дорожного движения, снижает уличный шум и загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей, способствует повышению художественно-эстетических качеств городской среды.
Городские подземные сооружения характеризуются относительно небольшой глубиной заложения, привязкой к конкретным поверхностным объектам и территориям, особой пространственной организацией, специфическим временным режимом использования и т.д. Поэтому для них создаются специальные подземные полости, отвечающие в каждом конкретном случае предъявляемым требованиям. Спектр направлений использования городского подземного пространства практически неограничен.
Одним из примеров современного уровня развития подземного строительства является столица Франции Париж. Площади подземных помещений здесь в 80-е годы составили: здания — 43 млрд м3; линии метро и скоростные магистрали — 16; водоотливные каналы, канализация, сети, коллекторы — 8; неиспользуемые в настоящее время пустоты — 6; национальное общество железных дорог — 3; подземные паркинги — 2,5; торговые центры — 1,5; подземные службы путей сообщения — 1,1; различные технические галереи — 0,6. Существует также намерение властей разместить в Париже под землей автомобильные дороги и оставить поверхность только для пешеходов.
В работе приводится анализ возможностей экономии энергии путем создания подземных помещений. В частности, указывается, что в США 37 % энергетического сырья используется в секторе жилых и коммерческих зданий, и их размещение под землей позволит уменьшить потребности этих зданий в энергии на 36—60 %. Так, в штате Миннесота сезонные колебания температуры составляют 75, а под землей — 11 градусов, и в случае внезапного прекращения подачи энергии потери будут составлять не более 1 градуса в день. В связи с этим Министерство энергетики США ведет работу по строительству подземных жилых и коммерческих зданий. В 1980 г. в США было построено более 3000 укрытых землей жилых и более 100 коммерческих помещений. Причем в этих домах живут достаточно обеспеченные люди.
В городском подземном строительстве известны случаи вторичного использования подземных полостей. Так, французский автор А.Р. Boiler описывает пример применения выработок, созданных при строительстве тоннелей метро, для городских телефонных сетей, автостоянок и других целей. Наибольший опыт вторичного использования горных выработок принадлежит США, где в г. Канзас-Сити из имеющихся там более 20 миллионов м2 выработок известняковых шахт используется около 2 миллионов м2 (около 10 %). Подземное пространство в г. Канзас-Сити осваивается в 10 раз быстрее, чем создается в результате добычи известняка, что обусловлено высокими потребностями в нем. При этом 85 % используется под склады различного назначения и холодильники, 7 % — под производственные объекты, 5 % — под офисы, 3 % — под предприятия сферы обслуживания. Там размещаются приборные и сборочные заводы телевизоров, городской промышленный парк, две международные торговые зоны, хранилища ценной документации, комплексные хранилища — холодильники и зернохранилища.
В зависимости от назначения и характера использования выделяют следующие группы и виды подземных или полуподземных городских сооружений, помещений и устройств [8, 9, 48, 65]: – инженерно-транспортные сооружения — пешеходные и транспортные тоннели, перегонные тоннели и станции метрополитена, скоростного трамвая и городских участков железных дорог, автостоянки и гаражи, тоннели и станции движущихся тротуаров и другого перспективного непрерывного транспорта, отдельные помещения и вокзалы; – предприятия торговли и общественного питания — торговые залы и подсобно-вспомогательные помещения кафе-буфетов, столовых, закусочных и ресторанов, торговые киоски, магазины, отдельные помещения или секции универсальных магазинов, торговых центров и рынков; – зрелищные, административные и спортивные здания и сооружения — кинотеатры обычные и залы хроники, выставочные и танцевальные залы, биллиардные, отдельные помещения театров и цирков, залы заседаний и конференц-залы, книгохранилища, архивы, запасники музеев, стрелковые тиры, залы игр и аттракционов, плавательные бассейны; – объекты коммунально-бытового обслуживания и связи — приемные пункты, ателье и мастерские бытового обслуживания, парикмахерские, бани и бассейны, прачечные, почтовые отделения, – сберегательные кассы, автоматические телефонные станции; – объекты складского хозяйства — продуктовые и промтоварные склады, овощехранилища, холодильники, ломбарды, различного рода резервуары для жидкостей и газов, склады горюче-смазочных и других материалов; – объекты промышленного назначения и энергетики — отдельные лаборатории, цехи и производства (особенно те, в которых необходима защита от пыли, вибрации, перемены температур и других внешних воздействий), тепловые и гидроэлектростанции, промышленные котельные, промышленные склады и хранилища; – объекты инженерного оборудования — трубопроводы водоснабжения, канализации, теплоснабжения, газоснабжения (вплоть до молокопроводов молочных заводов или керосинопроводов в аэропортах), водостоки и ливнестоки, кабели различного назначения, мусоропроводы, общие коллекторы подземных сетей, электротяговые подстанции, хозяйственно-бытовые устройства — вентиляционные и калориферные камеры, бойлерные и котельные, газорегуляторные пункты и газораздаточные станции, станции перекачки сточных вод, трансформаторные подстанции, очистные и водозаборные сооружения.
Конструктивные и объемно-планировочные решения подземных и полуподземных сооружений во многом предопределяются глубиной их заложения от поверхности земли. В связи с этим известны [9]: – сооружения глубокого заложения (на отметках I ниже 10—15 м от уровня поверхности земли), строительство которых обычно осуществляется закрытыми тоннельными способами (без вскрытия поверхно-сти). Сооружения глубокого заложения рассчитываются обычно на значительное горное давление; – сооружения мелкого заложения (на отметках вы- 1 ше 10—15 м от уровня земли), возводимые с полным 1 или частичным вскрытием поверхности, а также закрытым способом; – замкнутые сооружения, образованные перекры-’ тиями большой площади и лишенные естественного света и проветривания. К такого рода полуподземным сооружениям относятся объекты, расположенные на поверхности земли или частично заглубленные. По объемно-планировочной схеме различают одноуровневые и многоуровневые подземные сооружения: – одно- , двухпролетные, простейшего типа; – сооружения, создаваемые по сложным планировочным схемам (в том числе и криволинейные в плане); – зальные (многопролетные); – сооружения комбинированных типов.
В зависимости от функциональной и композиционной взаимосвязи с другими зданиями известны: – подземные сооружения и подземные части зданий, решенные в виде отдельных сооружений; – комплексы подземных сооружений и подземных частей зданий различного назначения; – развитые комплексы подземных сооружений различного назначения, связанные единым объемно-планировочным решением с их наземными объемами и являющиеся составной частью общественных, административных, культурно-просветительных и других зданий или их комплексов.
В соответствии с условиями расположения в городе могут быть выделены: – подземные сооружения, расположенные под городскими улицами и площадями, скоростными дорогами, путями рельсового транспорта и различного рода проездами; – подземные сооружения, расположенные под незастроенными участками, в том числе под скверами и бульварами; – подземные сооружения и подземные части зданий, расположенные непосредственно под жилыми, административными и общественными зданиями или их комплексами; – отдельные подземные сооружения или части сооружений, входящие в состав развитых комплексов инженерно-транспортного назначения, которые могут располагаться под городскими улицами, площадями и зданиями различного назначения.
В перспективе создание новых экологически безопасных технологий строительства, отвечающих требованиям защиты геологической среды, позволит разместить в Москве ниже земной поверхности до 70 % общего объема гаражей, 60 % складов, 50 % архивов и хранилищ, 30% учреждений культурно-бытового обслуживания. Подземное пространство под Манежной площадью в Москве стало объектом комплексного многоцелевого назначения. Оно включает в себя археологический музей и офисы, торговый центр и предприятия общественного питания (бары, рестораны, кафе и т.д.), стоянки автомобилей и гаражи. На поверхности расположена пешеходная зона, а озелененное пространство сливается с Александровским садом. Общая площадь застройки комплекса — примерно 70 тысяч м2. В нее вписывается сеть подземных сооружений (коллектор реки Неглинки, три линии метрополитена, подземные пешеходные переходы).
Перечень размещаемых в городском подземном пространстве объектов определяется исходя из санитарно-гигиенических и психофизиологических требований. Так, в работах приводится следующее время нахождения людей в зданиях: концертные залы, театры, музеи, библиотеки — 3—4 (до 5) ч; магазины, кафе, рестораны, кинотеатры — 1—2 ч; сооружения транспортного характера — несколько минут; ряд сооружений (склады, вспомогательные и т.д.) эксплуатируются с минимальным участием человека.
В качестве принципов построения и организации городских подземных сооружений автор выделяет следующие: все подземные сооружения должны в перспективе составлять единую пространственно-временную систему; более сложное зонирование по сравнению с поверхностными зданиями, их взаимосвязи в пространстве, необходимость коммуникаций с учетом препятствий и топографических и геологических условий и др.
Одной из основных проблем использования городского подземного пространства является то, что при высокой плотности его использования существует опасность влияния процессов строительства и эксплуатации подземных сооружений друг на друга и на поверхностные объекты. Для городских подземных сооружений не всегда имеется возможность создания значительного поверхностного комплекса и поэтому все необходимые процессы должны располагаться под землей.
Рассмотрим детально основные направления использования городского подземного пространства.
Среди подземных сооружений городов сеть инженерных коммуникаций (коммунальные сети) является одной из наиболее важных. Основными инженерными коммуникациями, которые обеспечивают нормальные условия повседневной жизни современного крупнейшего города, можно назвать следующие: линии питьевого водоснабжения; линии хозяйственного (промышленного) водоснабжения; бытовая канализация; ливневая канализация; газопроводы; трубопроводы теплофикации; трубопроводы горячего водоснабжения; кабели и линии связи; электрические линии различного напряжения; трубопроводы пневмопочты; трубопроводы пневматического удаления мусора; топливопроводы; кабели регулирования уличного движения; кабели электрифицированных железных дорог; кабели освещения и др.
Иногда могут встречаться и другие системы подземных коммуникаций, главным образом, на промышленных и даже на сельскохозяйственных предприятиях, в частности, керосинопроводы или молокопроводы.
Подземные инженерные коммуникации обычно сооружают раздельно, чаще всего в разное время в отдельных траншеях, на различной глубине от поверхности, в зависимости от характера ранее уложенных коммуникаций, определенных физических свойств грунта, уровня грунтовых вод, природно-климатических и других условий.
Поперечные сечения, пропускная способность, или мощность подземных инженерных коммуникаций, также различны. Так называемые магистральные трубопроводы (главный кабель, водовод большого сечения, главный коллектор и т.д.) обслуживают, как правило, большие площади. От них отходят распределительные трубопроводы, которые в свою очередь снова разветвляются и прокладываются вблизи отдельных обслуживаемых ими зданий и сооружений и посредством отдельных вводов питают их.
Большая часть подземных инженерных коммуникаций, за исключением бытовой и ливневой канализации, располагается обычно на небольшой глубине — до 3 м.
В транспортных целях создаются тоннели: пешеходные, автомобильные, железнодорожные, судоходные и тоннели метрополитена. Проводятся они для преодоления гор, водоемов и других препятствий в местах прохождения транспортных путей. В настоящее время существуют достаточно развитые технологии тоннелестроения, позволяющие обеспечивать устойчивость этих сооружений к воздействию горного давления, водопритока и других факторов в течение тысячелетий.
Для крупнейших городов нашей страны наиболее перспективен внеуличный, преимущественно подземный пассажирский рельсовый транспорт. Линии скоростного внеуличного рельсового транспорта в городах могут быть классифицированы по видам используемых транспортных средств, по принципиальной схеме развития трасс, по характеру эксплуатации, глубине заложения, объемно-планировочному решению станций, вестибюлей и других помещений.
По видам используемых транспортных средств различают метрополитен и скоростной трамвай, а в отдельных случаях — городские железные дороги, экспрессные (сверхскоростные) линии метрополитена и монорельсовые дороги. Соответствующие сети могут иметь подземные и полуподземные участки.
В зависимости от принципиальной схемы развития внеуличного рельсового транспорта его линии могут трассироваться в виде одного или нескольких диаметров (или хорд), объединенных кольцевыми или полукольцевыми линиями. В городах, развивающихся в длину, линии внеуличного рельсового транспорта прокладываются преимущественно в продольном, наиболее нагруженном в транспортном отношении направлении.
В соответствии с характером эксплуатации различают сети внеуличного рельсового транспорта с независимым (замкнутым) движением поездов по отдельным, не связанным между собой линиям (в Москве и Ленинграде), с переходом части поездов с одной линии на другую (в Лондоне и Нью-Йорке) и комбинированные сети.
По объемно-планировочному решению станций известны сооружения одноплатформенные — с центральной пассажирской платформой островного типа, двух-платформенные — обычно с береговыми платформами и многоплатформенные, встречающиеся чаще всего только в пересадочных узлах или в подземных железнодорожных станциях.
Особенностями подземных транспортных сооружений являются их жесткая привязка к транспортным путям, а также специфическая вытянутая форма. Это направление использования подземного пространства — одно из наиболее распространенных и выгодных с точки зрения получения прибыли.
В Москве в 1998 г. построено около 300 подземных пешеходных переходов, много транспортных (коммуникационных) тоннелей, протяженность линий метрополитена составила 240 км. Проектируется и строится метро в Омске, Челябинске, Уфе, Казани и Красноярске.
Транспортные тоннели в городах классифицируются по назначению, протяженности, конфигурации в плане, организации движения и конструктивной схеме, глубине заложения, месту расположения в городской застройке.
По назначению различают тоннели, предназначенные для смешанного (автомобильного и рельсового) или только автомобильного движения. В зарубежной практике встречаются тоннели, рассчитанные только на движение легковых автомобилей.
По протяженности транспортные тоннели подразделяются на короткие с длиной тоннельной перекрытой части до 300 м и протяженные (более 300 м), нуждающиеся в принудительно-вытяжной вентиляции.
В соответствии с конфигурацией в плане различают прямолинейные, криволинейные, разветвляющиеся и взаимно пересекающиеся (на разных уровнях) тоннели; слияние транспортных потоков или их пересечения в одном уровне в транспортных тоннелях не допускается.
По организации движения известны тоннели для одностороннего и двухстороннего движения (во встречных направлениях), а по конструктивной схеме — однопро-летные, двухпролетные и многопролетные; количество полос движения по условиям безопасности в тоннеле должно быть не менее двух.
В зависимости от глубины заложения известны тоннели мелкого заложения (глубиной до 10—15 м), создаваемые обычно со вскрытием поверхности, и тоннели глубокого заложения (глубиной более 10—15 м), проводимые подземными горными способами.
По месту расположения в городе различают тоннели обычного типа, проложенные под улицами, проездами, застройкой и площадями, а также горные и подводные.
Транспортные тоннели могут быть представлены в виде отдельных сооружений, входить в состав развитых в плане и профиле пересечений городских улиц и дорог в нескольких уровнях или быть элементами многоуровневых общественно-транспортных и других комплексов различного назначения.
Создание третьего автотранспортного кольца столицы связано с прокладкой части магистрали под землей.
Необходимость устройства внеуличного, в том числе и подземного перехода, определяется либо категориями пересекаемых улиц и дорог, либо количественными соотношениями потоков пешеходов и транспорта. Во всех тех случаях, когда пешеходы не имеют возможности пересечь проезжую часть в течение разрешающих сигналов светофоров, следует либо сократить объем движения в данном узле, либо найти возможность устройства транспортного пересечения в разных уровнях или внеуличного перехода.
Пешеходные переходы классифицируются по ряду признаков: по отношению к потокам транспорта и к поверхности земли; планировочной схеме; количеству ярусов и глубине заложения; функциональной и композиционной взаимосвязи с городской застройкой; оборудованию учреждениями обслуживания; устройствам для перемещения пешеходов по вертикали.
По отношению к потокам движения городского транспорта и к поверхности земли пешеходные переходы подразделяются на уличные, трассированные в уровне проезжей части, и внеуличные, расположенные под уровнем проезжей части или над ней. В зависимости от расположения относительно поверхности земли вне-уличные переходы могут быть наземными, надземными и подземными.
По планировочной схеме различают внеуличные переходы следующих типов: линейные (коридорные), од-нопролетные или двухпролетные, простейшего типа; сооружения, строящиеся по развитым планировочным схемам, в том числе и изогнутые в плане; зальные (многопролетные); сооружения комбинированных типов, создаваемые по относительно сложным схемам.
Подземные и полуподземные внеуличные переходы могут быть запроектированы в одном, двух или нескольких ярусах как полностью изолированных перекрытиями, так и объединенных общим открытым пространством. Конструктивное и объемно-планировочное решения подземного перехода во многом предопределяет глубина его заложения.
В связи с этим известны: – подземные сооружения глубокого заложения, строительство которых осуществляется подземными способами (без вскрытия поверхности); такие сооружения рассчитываются обычно на значительное горное давление от вышележащих пород; – подземные сооружения мелкого заложения, строительство которых ведется со вскрытием поверхности; – замкнутые сооружения, образованные перекрытиями большой площади и лишенные естественного света и проветривания, а также сооружения, частично заглубленные, например, на перепадах рельефа.
В зависимости от функциональной и композиционной взаимосвязей с городской застройкой различают внеуличные переходы, решенные в виде отдельных сооружений; переходы, построенные в комплексе с другими транспортными зданиями и сооружениями (пересечениями улиц и дорог в разных уровнях, входами в метро, вокзалами различного назначения и др.); переходы, являющиеся составным элементом общественных, административных, жилых и прочих зданий и их комплексов.
По оборудованию переходов учреждениями обслуживания известны переходы, предназначенные только для «транзитного» пешеходного движения, переходы с отдельными учреждениями и устройствами попутного обслуживания (телефоны-автоматы, газетные и книжные киоски, театральные билетные кассы и пр.), переходы с развитым составом учреждений попутного обслуживания (торговля, бытовое обслуживание, общественное питание).
В зависимости от используемых устройств и механизмов для перемещения пешеходов по вертикали различают переходы с лестничными и пандусными сходами, а также переходы, оборудованные различными типами эскалаторов или ленточными подъемниками непрерывного действия.
Одним из самых быстро развивающихся направлений городского подземного строительства является сооружение подземных гаражей. Так, в работе описан гараж в Женеве (Швейцария) на 530 машин площадью 3500 м2 и глубиной 25 м. Авторы считают, что с учетом всех затрат стоимость места в подземном гараже приблизительно равна стоимости места в гараже на поверхности.
Даже в наиболее благоприятных климатических условиях каждый легковой автомобиль находится в движении в среднем не более 1—1,5 ч в сутки (300—400 ч в год). Следовательно, каждый автомобиль находится на стоянках примерно 22—23 ч в сутки; это обстоятельство следует учитывать.
Необходимо обеспечить такое размещение гаражей Для постоянного хранения машин, чтобы предельный путь от дома до этих сооружений не превышал 600—800 м, т. е. затраты времени на подход к ним не были более 8—10 мин. Стоянки должны находиться на расстоянии 200—250 м от жилья. Только такое размещение мест хранения автомобилей исключает необходимость пользования подвозящим транспортом. Приближение мест хранения автомобилей к жилищу является не только удобным для владельцев, но и экономически оправданным. В противном случае для каждой машины потребуется не одно, а два места: первое — постоянное в капитальном гараже, примерно 2—3 км от дома; второе — открытая стоянка непосредственно у жилища, на ближайших улицах, на внутриквартальных проездах или хозяйственных площадках.
В зарубежной практике нередко используются на-земно-подземные гаражи. Например, в Будапеште на площади Мартинелли с многоэтажным административным зданием объединен наземно-подземный гараж рам-пового типа на 400 мест. Гараж имеет восемь наземных и два подземных яруса и построен в очень стесненном месте. В состав гаража входят встроенная автозаправочная и полуподземная станции обслуживания, рассчитанные, главным образом, на обслуживание «городских» автомобилей, въезжающих на стоянку, а также транзитных машин. Для ведомственных автомобилей выделен специальный подземный этаж с самостоятельным въездом и выездом.
Исходя из необходимости экономии городской территории или сохранения сложившегося характера застройки для определенной части автомобилей могут предусматриваться подземные или полуподземные гаражи и стоянки. При этом значительно сокращаются санитарные разрывы до жилых и общественных зданий. Размеры разрывов в этом случае исчисляются не от наружных стен, а от мест выделений вредных выбросов и источников шума, т.е. от въездов в гаражи и вентиляционных шахт. Верхний ярус (покрытие) подземных или полуподземных автостоянок может использоваться для озеленения или открытого хранения машин. Например, по этому принципу в жилом районе «Сите-Модель» в Брюсселе наряду с многочисленными открытыми автостоянками на 830 мест сооружен одноярусный подземный гараж на 180 автомобилей и 80 мотоциклов. Этот гараж соединен подземными переходами непосредственно с лифтовыми холлами трех больших многоэтажных жилых зданий. Въезд в гараж отнесен от входов в жилые дома на 20—25 м. В этом же районе сооружены отдельно стоящие бензозаправочная и станция технического обслуживания.
Широкое распространение подземные гаражи и стоянки получают в новых многоэтажных жилых комплексах США. Так, в Лос-Анджелесе, в новом районе «Сенчюри Сити», построены два 27-этажных жилых здания-башни на 308 квартир. Под ними размещен подземный гараж на 525 машин. В этой же части города возведено два 20-этажных жилых дома «Сенчюри Парк апар-тмент» на 485 квартир. Под домами сооружен подземный гараж на 700 автомобилей.
В подземном пространстве могут также размещаться части вокзалов и другие сооружения магистрального и пригородного транспорта.
В соответствии с решением привокзальной площади и перрона могут быть выявлены следующие разновидности вокзалов: – одноярусные, когда движение пассажиров и транспорта на перроне осуществляется в одном уровне (при этом сами здания вокзалов могут быть многоэтажными); – многоярусные, когда движение пассажиров и транспорта на перроне организовывается в разных уровнях (надземном и наземном, наземном и подземном); в современной практике распространены преимущественно многоярусные решения крупных вокзальных комплексов, в том числе и с использованием подземного пространства.
В зависимости от расположения пассажирского здания по отношению к перрону различают железнодорожные вокзалы берегового, островного и тупикового типов. Наиболее распространены вокзалы берегового типа, для которых характерно наличие островных пассажирских платформ с выходами на них по пешеходным тоннелям. Такие тоннели устраивают не только на больших станциях, но и на станциях со средним или даже малым пассажирооборотом. В последние годы тоннели используются и на пригородных платформах. При скорости поездов 120—160 км/ч, следующих с минутными интервалами по нескольким путям (иногда с переменным направлением движения), сооружение тоннелей становится практически необходимым на всех магистральных железнодорожных направлениях, особенно на остановочных пунктах с достаточно мощными пассажиропотоками. Тоннели для пешеходов сооружаются как по оси платформ, так и в их торцах в зависимости от основных направлений путей подхода пассажиров.
По системе «сэндвич» построены многоярусные автовокзалы в Нью-Йорке, в Детройте и других городах США. Обычно верхний ярус таких вокзалов отводится для дальних автобусов, промежуточный — для пассажиров, а нижний — для местных автобусов. Нижний ярус при этом бывает частично или полностью заглублен.
В Москве функционирует крупнейший в Европе московский торгово-рекреационный комплекс «Охотный ряд». На строящемся Московском международном деловом центре «Москва-Сити» предусматривается заглубление на 3 этажа, начинается строительство большого подземного сооружения на Конюшенной площади в Санкт-Петербурге. Крупнейшей подземной строительной площадкой конца XX в. в Москве стала площадь Курского вокзала.
Во многих крупных городах Западной Европы и США можно встретить комплексы многоэтажных жилых домов с широким использованием подземного пространства. В Париже, на улице Фландер, на территории в 2 га построена группа жилых трехэтажных зданий. Первые этажи зданий заняты общественными помещениями (магазинами самообслуживания, почтой, сберкассой и др.). Под зданиями и двором сооружены три подземных яруса общей площадью около 20 000 м2, которые предназначены для размещения подземной стоянки машин и служебно-технических и подсобно-складских помещений.
Во многих крупных современных гостиницах используется не только подземная часть самого здания, но и подземная часть двора. В подземных ярусах размещаются гаражи-стоянки, торговые помещения, склады, комнаты обслуживающего персонала, залы ресторанов и другие помещения.
В здании гостиницы «Мареки» в Хельсинки (Финляндия) используется несколько подземных уровней, предназначенных не только для подсобно-технических помещений и автостоянок, но и для размещения небольших торговых предприятий, ресторанов, баров, кафе-закусочных, танцевальных залов и др. В этом сооружении суммарная полезная площадь подземных помещений и устройств превышает объем наземной части.
В городах Японии до 1975 г. было построено подземных предприятий торговли общей площадью более 400 тысяч м2.
Основные причины подземного размещения магазинов и предприятий питания заключаются в растущей потребности в торговых сооружениях в городах, необходимости их приближения к потребителям, удорожании и нехватки земель в центральной части города, увеличении людских потоков в подземном пространстве и т.д.
Многие культурные объекты не нуждаются в дневном свете и могут быть успешно размещены в подземном пространстве.
Характерными примерами застройки подземных пространств являются также последовательно производимые расширения инфраструктуры, которые становятся необходимыми из-за недостатка места, защиты окружающей среды или обеспечения «неприкосновенности» местности. Расширение университетов, университетских кварталов все больше мотивируется растущими потребностями. При этом путем застройки подземных пространств увеличение имеющихся полезных площадей может быть достигнуто без ущерба для озелененных территорий, спортивных и игровых площадок. Так расширили университет г. Хьюстона (штат Техас, США). При этом не пострадали озелененные территории на поверхности. К старому главному зданию университета было пристроено подземное сооружение площадью около 5 тысяч м2, в котором имеются лекционные аудитории, учебные классы, читальный зал, столовые, лаборатории. Так была решена характерная университетская проблема. Потребность в расширении университетов — всемирно наблюдаемое явление, а ведь у каждого университета есть такие озелененные территории, спортивные площадки и дворы, застройка которых возможна только с ущербом для университетской жизни; под ними же, однако, имеется неограниченная возможность для строительства. Наибольшим резервом расширения является формирование подземного пространства.
Путем подземного размещения спортивных сооружений также может быть сэкономлено большое количество площадей на поверхности для мест отдыха и озеленения. Строящиеся после второй мировой войны по всей Европе жилые районы были очень скупо обеспечены спортивными сооружениями. Центральные и наиболее представительные спортивные сооружения по большей части предназначены только для спортивных состязаний и для абсолютного большинства населения недоступны.
В энергетике подземное пространство используется для стоительства в нем частей электростанций или хранилищ энергии в различной форме. Размещаются такие объекты, как правило, либо в местах добычи энергии, либо в местах ее потребления (т.е. в городах). Их геометрические характеристики и требования к массиву горных пород являются весьма специфическими.
В настоящее время все большую популярность приобретает подземный способ хранения нефти (нефтепродуктов) и газа. Отмечается, что в северных странах в настоящее время более 50 % хранилищ нефти и газа — подземные.
Главной целью организации таких хранилищ является удовлетворение потребностей потребителей данных продуктов в периоды сезонного или вызванного другими причинами изменения спроса или предложения. В работе указывается, что в северных штатах США в холодные зимние дни спрос на газ в 2—10 раз превышает норму. Таким образом, подземные хранилища позволяют обеспечивать газом население и способствуют более равномерной работе газопроводов и соответственно снижению расходов общества. В связи с этим подземные хранилища нефтепродуктов должны находится в непосредственной близости от потребителя, а их объем — соответствовать максимальной разнице между спросом и предложением на эту продукцию.
Использование подземного пространства в аграрных целях производится преимущественно для производства или хранения соответствующих продуктов. Основными предпосылками этому являются сокращение сельскохозяйственных земель и рост потребностей общества в сельскохозяйственной продукции (в связи с ростом численности населения на планете). С другой стороны, подземные полости имеют относительно стабильные климатические характеристики, что дает возможность круглогодичного производства и хранения продуктов питания. В настоящее время известны случаи подземного разведения форели, выращивания грибов и овощей, хранения зерна, производства продуктов животноводства и пр. Считается также, что возможно подземное выращивание деревьев для производства древесины.
Основной предпосылкой создания подземных научно-исследовательских лабораторий является защищенность подземного пространства от различных поверхностных факторов: механических, электромагнитных колебаний и т.д. Поэтому в подземных условиях проводят исследования, которые требуют достаточно высокой точности измерений, постоянства климатических характеристик, а также те, которые могут представлять опасность для поверхностных объектов (например, ускорение заряженных частиц). Это достаточно узкий и специфичный круг задач. Сооружения такого рода являются большой редкостью и создаются с особой тщательностью.
Основные причины размещения в подземных условиях хранилищ водных ресурсов — предотвращение изъятия под водохранилища земельных территорий и защита водных ресурсов от влияния антропогенных факторов и окружающей среды. К преимуществам подземных хранилищ воды относят более высокую безопасность хранения, постоянную температуру воды, скрытность хранения, предотвращение испарений, низкую стоимость обслуживания данных сооружений.
В городских условиях возможно также строительство подземных складов. Различают подземные склады ак^ тивного и пассивного складирования. При активном, систематически осуществляемом складировании, когда ежесуточно перерабатывается большое количество продуктов и материалов, необходимы хорошо спланированные, значительные по размерам разгрузочные и погрузочные площадки и непосредственная связь складов с железнодорожными коммуникациями. Подобный склад (полезной площадью около 5 га) расположен вблизи г. Канзас-Сити (США). Часть склада используется для хранения замороженных продуктов в количестве 25 000 т при температуре до — 32 °С. Стоимость строительства склада составила примерно 10 % стоимости наземного холодильника такой же вместимости.
В течение двух последних десятилетий в крупнейших городах мира все большее внимание уделяется проектированию и строительству не только отдельных общественных и административных зданий, но и градостроительных комплексов. В них включены разнородные учреждения обслуживания, проектируемые в тесной взаимосвязи с транспортными сооружениями и, как правило, требующие широкого использования подземного (вместе с наземным) пространства. Примеры — комплексы Курский, Манежный, Сити, элитные дома с подземными гаражными и магазинными комплексами и др.
Таким образом, происходящее в настоящее время интенсивное развитие городской подземной инфраструктуры обусловлено рядом факторов. Известны классификации подземных сооружений по различным признакам. Опыт подземного строительства в нашей стране и мире значителен.
